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T erm STL • Chimie et développement durable / Composition des systèmes c himiques EXTRAIRE UNE ESPÈCE CHIMIQUE SOLIDE

DISSOUTE DANS L'EAU

DOSSIER1

1 Objectifs dans le cas des réactions de précipitation. Déterminer une gamme de pH de précipitation sélective pour un mélange d'hydroxydes. Réaliser et exploiter un titrage par la méthode de Charpentier- Volhard, un titrage indirect dont la réaction support est une réaction de précipitation, l'équivalence étant repérée par changement de couleur. Term STLChimie et développement durable / Composition des systèmes chimiques

Notions et contenus

constante d'équilibre de solubilité sens d'évolution spontanée d'un système solubilité et solution saturée ; précipitation sélective des hydroxydes en fonction du pH ; titrage indirect.

Compétences mobiliséesREC

S'approprier APP

ANA REA

Valider VAL

COM

© Nathan

Agir pour respecter l'environnement

Estimer si un système chimique est à l'équilibre ou non et prévoir dans quel sens il évoluera le cas échéant, permet d'appréhender des procédés industriels ou des méthodes d'analyse plus respectueux de l'environnement. Ainsi, il est possible d'élaborer des protocoles pour recycler les métaux contenus dans les effluents issus des traitements du cuir par exemple, en établissant une gamme de pH des précipitations sélectives des hydroxydes.

Rejet d'une eau traitée. © FuturaSciences

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© Nathan

POUR BIEN DÉMARRER

Choisir la ou les bonnes réponses.

1. uniquement les produits de la transformation. tous les réactifs et tous les produits de la transformation. certains réactifs et tous les produits de la transformation. 2. la masse de saccharose dissoute dans le solvant. la masse de saccharose introduite dans le solvant. la masse maximale que l'on peut dissoudre dans un litre de solvant. 3. on introduit 10 mg de CaCO 3 (s) dans 500 mL d'eau. la concentration massique en carbonate de calcium est égale

à 10 mg·L

-1 la concentration massique en carbonate de calcium est égale à 15 mg·L -1 4. s"écrit 5. est :

23 g·L

-1

360 g·L

-1

6,2 mol·L

-1 6. PbI 2 (s)

ĺ Pb

2+ (aq) + 2 I (aq) PbI 2 (s)

ĺ Pb

2+ (aq) + I (aq) PbI 2 (s)

ĺ 2 Pb

2+ (aq) + I (aq) 7. 2 4 3

0,1 mol d'ions Al

3+

0,1 mol d'ions SO

4 2

0,4 mol d'ions Al

3+

0,6 mol d'ions SO

4 2

0,2 mol d'ions Al

3+

0,3 mol d'ions SO

4 2 8. rapide, totale, univoque. lente, équilibrée, univoque. rapide, équilibrée, univoque. 9. en excès. dans les proportions stoechiométriques. en quantité raisonnable. T erm STL • Chimie et développement durable / Composition des systèm es chimiques DOSSIER 1 EXTRAIRE UNE ESPÈCE CHIMIQUE SOLIDE DISSOUTE DANS L"EAU 3

© Nathan

Partie Afi: Équilibre chimique

Lorsque l'on dissout une espèce chimique dans un solvant en quanti té suf sante, un équilibre s'établit entre l'espèce chimique sous la forme dans laquelle elle a été introduite et sa forme dissoute. Document 1fi: Quotient de réaction et constante d'équilibre Dans le cas d'une transformation non totale, à l'état nal, tous les réactifs et tous les produits coexistent. L'état nal dont la composition reste constante est appelé état d'. Modélisation d'une transformation non totale: Į A (aq) + ȕ B (aq)

Ȗ C

(aq) + į D (aq) Pour une réaction chimique en solution aqueuse, le r a pour expression: où a X est une grandeur sans dimension appelée activité chimique de l'espèce X. r est donc sans unités. - si l'espèce est dissoute, a X = avec C 0 = 1 mol·L -1 - si l'espèce est un solide pur ou le solvant, a X = 1 Si le système est à l'équilibre, le quotient de réaction correspondant est appelé , noté r,eq ou . Cette grandeur dépend de la température. Document 2fi: Constante d'équilibre de solubilité Une solution est si elle ne peut dissoudre davantage de soluté. Un équilibre s'établit alors entre le soluté non dissous et sa forme dissoute qui coexistent dans le milieu réactionnel. La constante d'équilibre de la réaction de dissolution d'un précipité est appelée et notée . Dans les tables, on trouve plus souvent la valeur du pKs: pKs = - log Ks soit Ks = 10 -pKs Solution saturée de carbonate de calcium. © Turtle RockScientific T erm STL • Chimie et développement durable / Composition des systèm es chimiques DOSSIER 1 EXTRAIRE UNE ESPÈCE CHIMIQUE SOLIDE DISSOUTE DANS L"EAU 4

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1 APP Écrire la réaction de dissolution du carbonate de calcium dans l'eau. 2 ANA/RAI Exprimer puis calculer la constante d'équilibre de solubilité Ks du carbonate de calcium et calculer sa valeur sachant que pKs(CaCO 3 ) = 8,3. 3 ANA/RAI Expliquer la formation des cristaux de calcite dans la grotte de Lascaux. Document 3?: Conservation des peintures pariétales À l"ère paléolithique, les liants employés pou- vaient être de l'huile végétale, graisse animale, sang, urine, crachats, etc. Ces liants d'origine organique sont diciles à identi er. L'eau aussi peut être le liant: dans les grottes où l'eau est riche en carbonate de calcium (calcite CaCO 3 on a constaté que des cristaux de calcite empri- sonnaient des oxydes de fer et de manganèse sur les parois. Ainsi explique-t-on l'excellent état de conservation des peintures de la grotte de Lascaux.

D"après Le peintre, alchimiste de la couleur.

Cristaux de calcite. © Image Wikipedia

Triangle de calcite dans la grotte du Grand Roc/Lascaux-Dordogne.

© D.R. -Pierre Thomas

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Partie Bfi: Solubilité et conditions de précipitation La solubilité (s) d'une espèce chimique est la quantité maximale que l' on peut en dissoudre dans un litre de solvant à une température donnée. Les solubilités molaire et massique s'expriment respectivement en mol·L -1 et en g·L -1 ANA/RAI Le pKs de l'hydroxyde de fer(III) est pKs = 33. Montrer que ce précipité est peu soluble. ANA/RAI La dissolution étant souvent une réaction endothermique, la solubilité croît avec la température. Dans ce cas, indiquer comment évolue la valeur de la constante d'équilibre de solubilité Ks. Document 4fi: Le procédé Bayer de l'extraction de l'alumine La bauxite est d'abord broyée puis attaquée dans d'im- menses cuves par la soude (NaOH) à 200°C. Les impure- tés et Fe(OH) 3 sont précipitées et traitées comme résidus.

Les composés retenus, la gibbsite Al(OH)

3 et la boehmite AlO(OH), sont calcinés à 900°C pour obtenir Al 2 O 3 cristal- lisé en poudre.

D'après "Comment faire des casseroles

avec de la bauxite ? L'électrolyse.» casseroles-avec-de-la-bauxite-lélectrolyseKarl Joseph Bayer Document 5fi: Le chaulage, une des étapes de l'épuration du jus de betterave La racine de la betterave contient 18 à 20 % de saccharose [...] En ajoutant du lait de chaux au jus brut, les ions cal- cium, Ca 2+ précipitent les bases conjuguées de diérents acides (oxalique, citrique, phosphorique...) et favorisent la coagulation des protéines. Le jus perd alors sa mousse, et la coloration brun-noir s'atténue. Les ions hydroxydes, OH , précipitent certains cations (aluminium, fer ou magnésium), réagissent sur les ions ammonium et les amides pour former de l'ammoniac, décomposent le sucre inverti (mélange de glucose et fructose provenant de la décomposition du saccharose) en divers sels d'acides et saponi ent les matières grasses. D'après "Le saccharose: de la betterave au sucre.»

Betterave sucrière © France

Télévisions/France3 Normandie

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6 APP Écrire les réactions de précipitation qui se produisent lors du chaulage.

Pour mémoire: ion oxalate: C

2 O 4 2- , ion citrate: C 6 H 5 O 7 3- , ion phosphate PO 4 3- ion aluminium Al 3+ , ion magnésium Mg 2+ , ion fer(II) et fer(III): Fe 2+ et Fe 3+ 7 APP Expliquer comment évolue la composition d'un système chimique dont le quotient de réaction initial est égal à la constante d'équilibre, soit Q r,i = K. 8 ANA/REA En déduire à quelle condition l'hydroxyde d'aluminium précipite.

Pour aller plus loin...

Précipitation sélective des ions Cu

2+ et Mg 2+ Enviropôle par PSI, gestion des déchets des entreprises du Grand Sud-Ouest. © PSI Document 6?: Sens d'évolution spontanée d'une transformation Un système chimique évolue spontanément dans le sens qui modi?e la valeur du quotient de réaction pour le rapprocher de la constante d'équilibre K. T erm STL • Chimie et développement durable / Composition des systèm es chimiques DOSSIER 1 EXTRAIRE UNE ESPÈCE CHIMIQUE SOLIDE DISSOUTE DANS L"EAU 7

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Document 7fi: Recyclage de quelques métaux

Lorsqu'on évoque les euents chargés de métaux, on pense généralement au trai- tement de surface. Mais bien d'autres secteurs en rejettent: certaines fabricationsquotesdbs_dbs31.pdfusesText_37

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